DE2922144A1 - DEVICE FOR DC AND / OR AC ARC WELDING WITH AN INVERTER - Google Patents
DEVICE FOR DC AND / OR AC ARC WELDING WITH AN INVERTERInfo
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Description
MESSER GRIESHEIM GMBH MG ίΐ84MESSER GRIESHEIM GMBH MG ίΐ84
Kennwort: LEW 4 - Sequenzschaltung EM Erfinder: BODEWIG Ordner: VIKeyword: LEW 4 - Sequence circuit EM Inventor: BODEWIG Folder: VI
B 412/4B 412/4
Einrichtung zum Gleich- und/oder Wechselstrom-Lichtbogenschweißen mit einem WechselrichterDevice for direct and / or alternating current arc welding with an inverter
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Gleich- und/oder Wechselstrom-Lichtbogenschweißen mit einem Wechselrichter, zur Erzeugung eines Wechselrichterausgangswechselstromes, dessen Frequenz höher als die Netzfrequenz ist, wobei der Wechselrichter unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters an ein Drehstromnetz angeschlossen ist und ferner der Wechselrichterausgang unter Zwischenschaltung eines Transformators sowie ggfs. eines Gleichrichters oder zweiten Wechselrichters mit einem Werkstück und einer Schweißelektrode verbunden ist.The present invention relates to a device for direct and / or alternating current arc welding an inverter, for generating an inverter output alternating current, the frequency of which is higher than the Mains frequency is, the inverter connected to a three-phase network with the interposition of a rectifier and furthermore the inverter output with the interposition of a transformer and possibly one Rectifier or second inverter is connected to a workpiece and a welding electrode.
Mit diesem Oberbegriff wird auf Schweißeinrichtungen Bezug genommen, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 17 65 775, DE-OS 26 51 510, DE-OS 27 20 347, DE-OS 27 20 942, Applikationsbericht AN-66 28 der Firma RCA mit dem Titel "DesignThis generic term refers to welding devices, such as those from DE-OS 17 65 775, DE-OS 26 51 510, DE-OS 27 20 347, DE-OS 27 20 942, application report AN-66 28 from RCA entitled "Design
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and Applications of High. Power Ultrasonic Converters Using ASCR*s" bekannt geworden sind.and Applications of High. Power Ultrasonic Converters Using ASCR * s "have become known.
Der Vorteil dieser aus der Literatur bekanntgewordenen Einrichtungen zum Lichtbogenschweißen soll darin bestehen, daß durch den Wechselrichter die Eingangsfrequenz für den nachgeschalteten Transformator gegenüber der Netzfrequenz wesentlich angehoben werden kann, beispielsweise soweit, daß die Frequenz oberhalb der Hörschwelle des Menschen liegt, also oberhalb 18 Kilohertz. Durch diese Frequenzerhöhung wird eine geringere Dimensionierung des nachgeschalteten Transformators möglich, wodurch vorteilhaft eine Gewichtsreduzierung der gesamten Schweißeinrichtung ermöglicht wird, so daß nunmehr die- Schweißeinrichtung im Vergleich zu nicht mit Wechselrichtern arbeitenden Schweißgeräten etwa um den Faktor 10 leichter ist.The advantage of these devices for arc welding, which has become known from the literature, is said to be that through the inverter the input frequency for the downstream transformer can be increased significantly compared to the mains frequency, for example to the extent that that the frequency is above the human hearing threshold, i.e. above 18 kilohertz. Through this frequency increase a smaller dimensioning of the downstream transformer is possible, which is advantageous Weight reduction of the entire welding device is made possible, so that now the welding device in comparison welding equipment that does not work with inverters is around a factor of 10 easier.
In den obengenannten Druckschriften werden wohl Wechselrichter beschrieben, die einen Ausgangswechselstrom mit einer Frequenz bis zu 30 Kilohertz erzeugen sollen. Die bisher in der Praxis bekanntgewordene Einrichtung zum Lichtbogenschweißen dieser Art, wobei der Wechselrichter mit Thyristoren gebaut ist, arbeitet.mit einer Frequenz von 1000 Hertz. Diese Einrichtung haf den Nachteil, daß diese Frequenz im hörbaren Bereich liegt und während des Schweißens ein unangenehmes Störgeräusch entsteht. Die bisherige Verwendung dieser niedrigen, unvorteilhaften Frequenz bei Wechselrichtern mit einer das Schweißen ermöglichenden Leistung dürfte darauf zurückzuführen sein, daß die Forderung nach hoher Sperrspannung und hohen Strömen der Thyristoren einerseits und kurzen Freiwerdezeiten andererseits sich widersprechen und deshalb bisher von den Halbleiterherstellern nur ein Kompromiß angeboten werden kann.In the above-mentioned publications, inverters are described which have an output alternating current a frequency of up to 30 kilohertz. The device for arc welding that has become known in practice so far of this type, where the inverter is built with thyristors, works with a frequency of 1000 Hertz. This device has the disadvantage that this frequency is in the audible range and an unpleasant noise is generated during welding. Previous use this low, unfavorable frequency in inverters with a welding-enabled performance may be due to the fact that the requirement for high reverse voltage and high currents of the thyristors on the one hand and short idle times on the other hand contradict each other and therefore so far by the semiconductor manufacturers only a compromise can be offered.
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Damit der Wechselrichter wegen der gewünschten Schweißleistung an ein 380 V-Netz angeschlossen werden kann, ist es notwendig, im Wechselrichter Thyristoren mit einer hohen Sperrspannung zu verwenden". Derartige Thyristoren erlauben jedoch im Hinblick auf die erzielbaren Freiwerdezeiten des Thyristors keinen Betrieb mit hohen Frequenzen (z.B. größer 18 KHz).So that the inverter because of the desired welding performance can be connected to a 380 V network, it is necessary to have thyristors in the inverter with a To use high reverse voltage ". Such thyristors, however, allow with regard to the achievable release times the thyristor does not operate at high frequencies (e.g. greater than 18 KHz).
Aus dem Applikationsbericht AN-66 28 sind ferner Thyristoren bekanntgeworden, die Freiwerdezeiten in der Größe von 4μ sec aufweisen. Die Sperrspannung dieser Thyristoren ermöglicht jedoch keinen Betrieb am 380 V-Netz. Auch ist eine Reihenschaltung von mehreren dieser Thyristoren bei den infragekommenden Frequenzen von größer als 18 Kilohertz kritisch.From the application report AN-66 28 thyristors have also become known, the release times in the size of 4μ sec exhibit. However, the reverse voltage of these thyristors does not allow operation on the 380 V network. There is also a series connection of several of these thyristors at the frequencies in question of greater than 18 kilohertz critical.
An einem 220 V-Netz ist ein Betrieb des Wechselrichters auch mit diesen hohen Frequenzen möglich, wobei jedoch die erreichbare Ausgangsleistung (Wirkungsgrad des Wechselrichters =0,8) bei max. 2,8 KW liegt. Mit dieser Ausgangsleistung sind jedoch nur kleinere Schweißströme erreichbar. The inverter can also be operated with these high frequencies on a 220 V network, although the achievable output power (efficiency of the inverter = 0.8) is max. 2.8 KW. However, only lower welding currents can be achieved with this output power.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schweißeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die beim Betrieb am 380 V-Netz und bei hohen Frequenzen des Wechselrichterausgangswechselstromes ein Schweißen auch bei hohen Leistungen ermöglicht.The object of the present invention is to provide a welding device of the type mentioned at the outset, the operation on the 380 V network and at high frequencies of the inverter output alternating current enables welding even at high powers.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Wechselrichter parallelgeschaltete Thyristorpaare mit entsprechenden Schwingkreisen aufweist und daß eine Thyristorenansteuereinheit vorgesehen ist, mit der die Thyristorenpaare zeitlich nacheinander derart ansteuerbar sind, daß abwechselnd positive und negative Halbwellen am Wechselrichterausgang anstehen.To solve this problem, it is proposed according to the invention that that the inverter has thyristor pairs connected in parallel with corresponding resonant circuits and that one Thyristor control unit is provided with which the thyristor pairs can be controlled one after the other in this way are that positive and negative half-waves alternate at the inverter output.
Die erfindungsgemäße Schaltung weist alle Vorteile der "20 kHz-Technik" auf und ermöglicht vorteilhaft einenThe circuit according to the invention has all the advantages of the "20 kHz technology" and advantageously enables one
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direkten Betrieb am 380 V-Netz und beliebig hohe Leistungen und das unter Verwendung konventionell-schneller Thyristoren, die in großer Auswahl von fast allen Halbleiter-Herstellern angeboten werden.Direct operation on the 380 V network and any high performance and that using conventionally fast thyristors, which are available in a large selection from almost all semiconductor manufacturers Tobe offered.
Die Verwendung konventionell-schneller Thyristoren ist durch die besondere Ansteuerung möglich geworden, da beispielsweise bei drei Thyristorpaaren jeder Einzel-Tyristor eines Paares für die Dauer von zwei Halbwellen Schonzeit hatjbei einer Schaltung mit fünf Thyristorpaaren sind es sogar vier Halbwellen. Arbeitet der Wechselrichter beispielsweise bei 20 kHz, so ist die Schonzeit bei drei Thyristorpaaren für jeden Thyristor zwei Halbwellen a 25 us = 50 us; bei fünf Thyristorpaaren sind es 100 ps. Thyristoren mit Preiwerdezeiten in diesem Bereich sind auch mit hohen Sperrspannungen und hohen Strömen erhältlich, so daß alle Forderungen der Aufgabenstellung vorteilhaft durch die Erfindung erfüllt werden. Ein weiterer Vorteil ist die Tatsache, daß der Gesamteffektivstrom des Wechselrichters nicht von einem einzigen Thyristorpaar aufgebracht werden muß, sondern von drei Thyristorpaaren (hier muß also jeder Thyristor nur 1/3 des Effektivstromes führen) bzw. von fünf Thyristorpaaren (hier wird jeder Thyristor sogar nur mit 1/5 des Effektivstromes belastet).The use of conventional, faster thyristors has become possible due to the special control, since For example, in the case of three thyristor pairs, each individual thyristor of a pair for the duration of two half-wave closed time hatj in a circuit with five thyristor pairs there are even four half-waves. Is the inverter working? for example at 20 kHz, the recovery time with three thyristor pairs is two half-waves for each thyristor a 25 µs = 50 µs; with five thyristor pairs it is 100 ps. Thyristors with pricing in this range are also available available with high blocking voltages and high currents, so that all requirements of the task are advantageous the invention can be met. Another advantage is the fact that the total effective current of the inverter does not have to be applied by a single pair of thyristors, but by three pairs of thyristors (here each Thyristor only carry 1/3 of the effective current) or five Thyristor pairs (here each thyristor is only loaded with 1/5 of the effective current).
In der nachfolgenden Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale die Erfindung näher erläutert.In the following description, with reference to the drawing and with reference to further advantageous Features the invention explained in more detail.
Es veranschaulichtIt illustrates
Fig. 1 und 2 Wechselrichter nach der Erfindung1 and 2 inverters according to the invention
in Halbbrückenschaltungin half-bridge circuit
Fig. 3 und 4 Wechselrichter nach der Erfindung3 and 4 inverters according to the invention
in Vollbrückenschaltungin full bridge circuit
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Die in der Fig. 1 veranschaulichten Einrichtungen zum Lichtbogenschweißen weisen einen Gleichstromteil 10 auf, dem ein Wechselrichter 11 mit zugeordneter Ansteuereinheit 12 nachgeschaltet ist. Ausgangsseitig ist der Wechselrichter 12 über einen Transformator 13 und einen Gleichrichter 14 mit einem Werkstück 15 und einem Schweißbrenner 16 elektrisch verbunden.The devices for arc welding illustrated in FIG. 1 have a direct current part 10, which is followed by an inverter 11 with an assigned control unit 12. The inverter is on the output side 12 via a transformer 13 and a rectifier 14 with a workpiece 15 and a welding torch 16 electrically connected.
Der Gleichstromteil 10 besteht erfindungsgemäß aus einem, an ein Drehstromnetz RST angeschlossenen Drehstrombrückengleichrichter 17, der vorteilhaft drei ansteuerbare Thyristoren 18 und drei Dioden 19 (halbgesteuerte Brücke) aufweisen kann. Die Thyristoren 18 stehen dann mit einer an sich bekannten, nicht näher dargestellten, eine Spannungsstabilisie rungsschaltung aufweisenden Phasenanschnittsteuerung 20 in Verbindung.According to the invention, the direct current part 10 consists of a Three-phase bridge rectifier connected to a three-phase network RST 17, which advantageously have three controllable thyristors 18 and three diodes 19 (half-controlled bridge) can. The thyristors 18 then have a voltage stabilization which is known per se and not shown in detail phase control circuit 20 in Link.
Selbstverständlich ist auch ein vollgesteuerter Drehstrombrückengleichrichter vorteilhaft einsetzbar. Ferner weist der Gleichstromteil 10 eine Glättungseinheit 21 mit Glättungskondensatoren 22 und Glättungsdrossel 23 auf. Ausgangssei tig ist am Gleichstromteil 10 ein Wechselrichter 11 angeschlossen. A fully controlled three-phase bridge rectifier is of course also available can be used advantageously. The direct current section 10 also has a smoothing unit 21 with smoothing capacitors 22 and smoothing throttle 23. On the output side, an inverter 11 is connected to the direct current part 10.
Der Wechselrichter 11 weist drei parallel geschaltete Thyristorenpaare 24, 25, 26, die Einzelthyristoren 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b, enthalten. Jedem Thyristorpaar 24, 25, 26, sind Schwingkreise 27, 28, 29 zugeordnet, die Kommutierungskondensatoren 30, 31, 32 und Induktivitäten 33, 34, 35 aufweisen. Dabei ist jede Induktivität eine separate Primärwicklung des Ausgangstransformators 13.The inverter 11 has three thyristor pairs connected in parallel 24, 25, 26, which contain single thyristors 24a, 24b, 25a, 25b, 26a, 26b. Each thyristor pair 24, 25, 26, resonant circuits 27, 28, 29 are assigned, which have commutation capacitors 30, 31, 32 and inductors 33, 34, 35. Each inductance is a separate primary winding of the output transformer 13.
Den Thyristoren 24a bis 26b ist eine Thyristorenanstauereinheit 12 zugeordnet, mit der die Thyristoren 24a bis 26b zeitlich nacheinander derart ansteuerbar sind, da3 abwechselnd positive und negative Kalbwellen am Wechselrichterausgang anstehen, so daß die Ausgangsfrequenz vorzugsweise größerThe thyristors 24a to 26b are assigned a thyristor accumulation unit 12 with which the thyristors 24a to 26b are temporally can be controlled one after the other in such a way that alternating positive and negative calf waves at the inverter output pending so that the output frequency is preferably greater
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- sr- - sr-
•Τ»• Τ »
als 18 Kilohertz ist. Die Ansteuerfolge der Thyristoren
mit der Einheit 12, deren Aufbau bekannt ist und deshalb nicht näher erläutert worden ist: Thyristor 24a, 25b, 26a,
24b, 25a, 26b.
5than 18 kilohertz. The control sequence of the thyristors with the unit 12, the structure of which is known and has therefore not been explained in more detail: thyristor 24a, 25b, 26a, 24b, 25a, 26b.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 entspricht bis auf den Wechselrichter 11 dem ' der Fig. 1. Der Wechselrichter 11 weist fünf Thyristorenpaare 37 bis 41 auf- Die Schwingkreise sind mit 27, 28, 29, 50 und 51, die Induktivitäten mit 33, 34, 35, 52 und 53 und die Kommutierungskondensatoren mit 30, 31, 32, 54 und 55 bezeichnet. Die Ansteuerfolge gemäß der Erfindung ist dann 37a, 38b, 39a, 4Ob, 41a, 37b, 38a, 39b, 40a, 41b.The exemplary embodiment according to FIG. 2 corresponds to that of FIG. 1 except for the inverter 11. The inverter 11 has five thyristor pairs 37 to 41- The resonant circuits are 27, 28, 29, 50 and 51, the inductors with 33, 34, 35, 52 and 53 and the commutation capacitors with 30, 31, 32, 54 and 55. the The control sequence according to the invention is then 37a, 38b, 39a, 40b, 41a, 37b, 38a, 39b, 40a, 41b.
Beim Beispiel nach den Fig. 1 und 2 sind die Thyristorenpaare und die Schwingkreise in Halbbrückenschaltung vorgesehen. Es ist selbstverständlich aber auch vorteilhaft möglich, den erfindungsgemäßen Vorschlag bei Wechselrichtern in Vollbrückenschaltung einzusetzen. Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen entsprechende Wechselrichter mit dreiIn the example according to FIGS. 1 and 2, the thyristor pairs and the resonant circuits are provided in a half-bridge circuit. However, it is of course also advantageously possible to apply the proposal according to the invention to inverters to be used in full bridge circuit. Figs. 3 and 4 illustrate corresponding inverters with three
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bzw. fünf Thyristordoppelpaaren 42 bis 44 bzw. 45 bis 49.or five thyristor double pairs 42 to 44 or 45 to 49.
Die Ansteuerfolge ist dann bei Fig. 3: 42a/42b, 43b/43a, 44a/44b, 42b/42a, 43a/43b, 44b/44a.The control sequence is then in Fig. 3: 42a / 42b, 43b / 43a, 44a / 44b, 42b / 42a, 43a / 43b, 44b / 44a.
Bei Fig. 4 ergibt sich folgende Ansteuerfolge: 45a/45b, 46b/46a, 47a/47b, 48b/48a, 49a/49*b, 45b/45'a, 46a/46'b, 47b/47a, 48a/48b, 49b/49a.In Fig. 4 the following control sequence results: 45a / 45b, 46b / 46a, 47a / 47b, 48b / 48a, 49a / 49 * b, 45b / 45'a, 46a / 46'b, 47b / 47a, 48a / 48b, 49b / 49a.
Der übrige Aufbau der Fig. 2 bis 4 entspricht dem der Fig. 1, so daß dieser aus übersichtsgründen in dän Fig. 2 bis 4 nichtThe rest of the structure of Figs. 2 to 4 corresponds to that of Fig. 1, so that this for reasons of clarity in Danish Fig. 2 to 4 not
dargestellt ist.
30is shown.
30th
Bei den obengenannten Ausführungsbeispielen sind Thyristorwechselrichter in Vollbrückenschaltung vorgesehen. Es ist selbstverständlich möglich und liegt im Rahrien der Erfindung, anstelle dieser Wechselrichter in Brückenschaltung Wechselrichter in anderen Schaltanordnungen vorzusehen.In the above-mentioned exemplary embodiments, thyristor inverters are used provided in full bridge circuit. It is of course possible and is within the scope of the invention, Instead of these inverters in a bridge circuit, inverters in other switching arrangements are to be provided.
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Auch Wechselrichter mit anderen Schaltelementen als Thyristoren, beispielsweise mit Transistoren als Schaltelemente können vorteilhaft Anwendung finden.Also inverters with switching elements other than thyristors, for example with transistors as switching elements can be used advantageously.
Die obengenannten Einrichtungen zum Lichtbogenschweißen sind nicht auf das Lichtbogenschweißen mit nichtabschmelzander Elektrode beschränkt, auch können damit abschmelzende Elektroden nach dem Elektrodenhandschweißverfahren oder nach dem Metallschutzgasschweißverfahren verschweißt werden. Die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann vorteilhaft auch zum UP-Schweißen, Plasma-Schweißen und Schneidan eingesetzt werden.The above arc welding devices are not limited to non-consumable arc welding Electrode limited, consumable electrodes can also be used after the manual electrode welding process or be welded according to the gas metal arc welding process. The device according to the present invention can be advantageous can also be used for submerged arc welding, plasma welding and cutting.
Ffm.r 27.4.1979
Be/AckFfm.r April 27, 1979
Be / Ack
B 412/4B 412/4
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Be/Ack
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Be / Ack
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| DE4411227A1 (en) * | 1994-03-31 | 1995-10-05 | Elektro Werk Muendersbach Gmbh | Arc welding appts. with resonance switching circuit |
| WO1996011766A1 (en) * | 1994-10-13 | 1996-04-25 | Nikolai Borisovich Marchenko | Method of forming a welding current and a device for carrying out said method |
Families Citing this family (1)
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Family Cites Families (2)
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- 1980-05-29 GB GB8017524A patent/GB2051506A/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
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| FR2458171A1 (en) | 1980-12-26 |
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